KR20210097904A - 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치에 있어서, 특히 복수의 가압 유닛마다 장착되는 복수의 파우치형 배터리 셀에 대한 가압 활성화 공정에서 발생하는 가스를 이동 가능하게 배치되는 하나의 디개싱 유닛을 통해 제거할 수 있도록 구성함으로써, 파우치형 배터리 셀의 제조 공정 효율을 향상시킬 수 있고, 디개싱을 위한 시간, 노력 및 비용을 절감시킬 수 있도록 하는 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치에 관한 것이다.
본 발명인 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치를 이루는 구성수단은, 가압 활성화 장치에 있어서, 복수의 파우치형 배터리 셀의 양측면을 가압하는 복수의 가압 유닛, 상기 복수의 가압 유닛의 상측에서 복수의 파우치형 배터리 셀 내부에 발생되는 가스를 제거하는 디개싱 유닛을 포함하여 구성되되, 상기 디개싱 유닛은 상기 복수의 가압 유닛 상측에서 이동 가능하게 배치되어, 각각의 가압 유닛에서 가압되는 복수의 파우치형 배터리 셀에 대한 디개싱 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치{Pressure activation apparatus with degassing unit}
본 발명은 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치에 있어서, 특히 복수의 가압 유닛마다 장착되는 복수의 파우치형 배터리 셀에 대한 가압 활성화 공정에서 발생하는 가스를 이동 가능하게 배치되는 하나의 디개싱 유닛을 통해 제거할 수 있도록 구성함으로써, 파우치형 배터리 셀의 제조 공정 효율을 향상시킬 수 있고, 디개싱을 위한 시간, 노력 및 비용을 절감시킬 수 있도록 하는 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치에 관한 것이다.
이차 전지는 충전 및 방전을 통해 반복적으로 재사용될 수 있는 전지를 말한다. 최근 들어, 이차 전지는 스마트폰, 노트북 컴퓨터 그리고 전기 자동차 등 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지 및 니켈-아연 전지 등 다른 이차 전지와 비교 할 때, 단위 중량당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 최근들어 다양한 분야에서 활발하게 사용되고 있는 추세이다.
이러한 이차 전지 중 파우치형 배터리 셀의 일반적인 구성은 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 파우치 케이스 그리고 전극 리드들을 포함한다. 전극 조립체는 파우치 케이스에 수납되며, 전극 리드들은 전극 조립체와 연결되고 파우치 케이스 외부로 돌출되어 제공된다.
한편, 파우치형 배터리 셀의 제조에 있어서, 완성된 배터리 셀의 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스 내부에는 전해액이 채워진다. 완성된 배터리 셀은 파우치 케이스를 밀봉한 뒤, 충방전 공정을 겪게 된다. 배터리 셀의 충방전하는 과정에서 내부에서 가스가 발생한다. 내부에서 발생된 가스로 인하여 배터리 셀 내부에 압력이 증가할 수 있다. 또한, 내부의 압력 증가로 파우치 케이스가 볼록하게 부풀어 오른다. 이러한 과정에서 전극판 사이가 들뜨게 되며, 활물질과 집전체 사이의 결합력이 약화될 수 있다.
따라서, 파우치형 배터리 셀의 충방전 공정 진행 중 또는 공정 진행 후 파우치형 배터리 셀을 가압하는 가압 활성화 공정이 수행된다. 파우치형 배터리 셀의 가압 활성화 공정은 내부에 가스를 한 곳에 포집할 수 있다. 또한, 파우치형 배터리 셀 내부에 충진된 전해액이 고르게 퍼지도록 한다.
상기 파우치형 배터리 셀의 가압 활성화 공정 이후에는 파우치형 배터리 셀 내부에 포집되는 가스를 제거하는 디개싱(Degassing)공정이 수행된다. 일반적으로 파우치형 배터리 셀을 가압하는 가압 활성화 공정과 발생된 가스를 제거하는 디개싱 공정은 별도의 장치에서 수행된다. 그런데, 별도의 장치에서 가스 제거 공정(디개싱 공정)이 진행되는 과정에서 단시간에 가스를 제거함으로 파우치형 배터리 셀 내부에 존재하는 고압의 가스가 외부로 유출되고, 이 과정에서 전해액이 함께 흘러나올 수 있어 문제가 된다.
또한, 가압 활성화 공정에서 발생한 가스를 바로 제거하지 않고, 별도의 장치에서 디개싱 공정을 수행하면, 전극판 사이의 가스까지 완벽하게 제거할 수 없게 되고, 결과적으로 잔존/잔여 가스가 존재하여 파우치형 배터리 셀의 성능을 저하시키는 문제점이 존재한다. 이 문제점을 해결하기 위하여 가압 활성화 공정에서 디개싱 공정을 수행할 필요가 있음에도 불구하고, 기존의 가압 활성화 공정에서는 디개싱 공정을 함께 수행하지 않는 것이 일반적이었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 공개특허 제10-2017-0095013호(이하, "선행기술문헌"이라 함)는 배터리 셀을 가압하는 공정과 가스 제거 공정을 함께 수행하여 공정 시간을 단축하며, 배터리 제조 공정 효율을 향상시킬 수 있는 이차 전지 제조 장치 및 이차 전지 제조 방법을 개시하고 있다.
그런데, 상기 선행기술문헌은 배터리 셀 내부에 발생된 가스를 제거하기 위한 가스 제거 유닛이 복수개의 가압 유닛 각각에 일대일 대응되어 배치되는 구성을 제안하기 때문에, 장치의 구성이 복잡하고 장치 구성을 위한 시간, 노력 및 비용이 증가하는 문제점이 발생한다.
또한, 상기 선행기술문헌은 가스 제거 유닛의 개념적인 구성에 대해서만 기재하고 있을 뿐, 각각의 가압 유닛에 장착된 배터리 셀들에 대한 디개싱 공정을 수행하기 위한 구체적인 구성 및 동작에 대해 제시하지 못하고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0095013호(공개일자 : 2017년 08월 22일, 발명의 명칭 : 이차 전지 제조 장치 및 이차 전지 제조 방법)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 복수의 가압 유닛마다 장착되는 복수의 파우치형 배터리 셀에 대한 가압 활성화 공정에서 발생하는 가스를 이동 가능하게 배치되는 하나의 디개싱 유닛을 통해 제거할 수 있도록 구성함으로써, 파우치형 배터리 셀의 제조 공정 효율을 향상시킬 수 있고, 디개싱을 위한 시간, 노력 및 비용을 절감시킬 수 있도록 하는 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 각 벤팅 모듈을 통하여 대응하는 각 파우치형 배터리 셀에 대한 피어싱(piercing), 진공 흡입 및 실링을 모두 수행할 수 있도록 구성함으로써, 디개싱을 위한 구성을 단순화시킬 수 있고 공정 시간을 단축시킬 수 있도록 하는 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 각 가압 유닛에 장착되는 복수의 파우치형 배터리 셀에 대응하는 복수의 벤팅 모듈을 복수의 열로 지지대에 장착 배치될 수 있도록 구성함으로써, 구조적으로 벤팅 모듈의 두께가 커지는 경우 또는 두께가 얇은 파우치형 배터리 셀에 대한 가압 활성화 공정을 수행하는 경우에도 하나의 디개싱 유닛을 통해 각각의 가압 유닛에 장착되는 복수의 파우치형 배터리 셀에 대해 동시에 디개싱 공정을 수행할 수 있도록 하는 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명의 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치를 이루는 구성수단은, 가압 활성화 장치에 있어서, 복수의 파우치형 배터리 셀의 양측면을 가압하는 복수의 가압 유닛, 상기 복수의 가압 유닛의 상측에서 복수의 파우치형 배터리 셀 내부에 발생되는 가스를 제거하는 디개싱 유닛을 포함하여 구성되되, 상기 디개싱 유닛은 상기 복수의 가압 유닛 상측에서 이동 가능하게 배치되어, 각각의 가압 유닛에서 가압되는 복수의 파우치형 배터리 셀에 대한 디개싱 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 디개싱 유닛은 상기 복수의 가압 유닛의 배치 방향을 따라 배치되는 이송 수단, 상기 이송 수단에 의하여 상기 복수의 가압 유닛의 배치 방향을 따라 왕복 이송될 수 있도록 장착되는 지지대 및 상기 지지대에 지지되도록 장착되어 각 파우치형 배터리 셀의 가스 포켓부에 피어싱 홀을 형성한 후 진공 흡입을 통하여 상기 가스 포켓부의 가스를 벤팅하는 복수의 벤팅 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 복수의 벤팅 모듈 각각은 상기 가스 포켓부의 가스에 대한 벤팅이 완료되면, 상기 피어싱 홀의 주변을 실링하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 복수의 벤팅 모듈은 상기 지지대에 복수의 열로 배치되되, 각 열에 배치되는 복수의 벤팅 모듈은 다른 열에 배치되는 복수의 벤팅 모듈과 교차하여 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제 및 해결 수단을 가지는 본 발명인 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치에 의하면, 복수의 가압 유닛마다 장착되는 복수의 파우치형 배터리 셀에 대한 가압 활성화 공정에서 발생하는 가스를 이동 가능하게 배치되는 하나의 디개싱 유닛을 통해 제거할 수 있도록 구성하기 때문에, 파우치형 배터리 셀의 제조 공정 효율을 향상시킬 수 있고, 디개싱을 위한 시간, 노력 및 비용을 절감시킬 수 있도록 하는 장점이 발생된다.
또한, 본 발명에 의하면, 각 벤팅 모듈을 통하여 대응하는 각 파우치형 배터리 셀에 대한 피어싱(piercing), 진공 흡입 및 실링을 모두 수행할 수 있도록 구성하기 때문에, 디개싱을 위한 구성을 단순화시킬 수 있고 공정 시간을 단축시킬 수 있도록 하는 효과가 발생한다.
또한, 본 발명에 의하면, 각 가압 유닛에 장착되는 복수의 파우치형 배터리 셀에 대응하는 복수의 벤팅 모듈을 복수의 열로 지지대에 장착 배치될 수 있도록 구성하기 때문에, 구조적으로 벤팅 모듈의 두께가 커지는 경우 또는 두께가 얇은 파우치형 배터리 셀에 대한 가압 활성화 공정을 수행하는 경우에도 하나의 디개싱 유닛을 통해 각각의 가압 유닛에 장착되는 복수의 파우치형 배터리 셀에 대해 동시에 디개싱 공정을 수행할 수 있도록 하고, 이를 통해 디개싱 공정 적용 범위를 확대할 수 있고 장비 적용 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 장점이 발생된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치에 적용되는 파우치형 배터리 셀의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치를 구성하는 가압 유닛의 평면도이다.
도 4는 도 3의 A - A' 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치를 구성하는 벤팅 모듈과 가압 플레이트 사이에서 가압되는 파우치형 배터리 셀과의 일 형태에 따른 배치 관계를 보여주기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치를 구성하는 벤팅 모듈과 가압 플레이트 사이에서 가압되는 파우치형 배터리 셀과의 다른 형태에 따른 배치 관계를 보여주기 위한 개략적인 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치를 구성하는 벤팅 모듈의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치를 구성하는 벤팅 모듈의 측면도이다.
도 9는 도 8의 A - A'에서 바라본 단면도이다.
도 10은 도 8의 B - B'에서 바라본 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치를 통해 디개싱 공정을 수행받은 파우치형 배터리 셀의 개략적인 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응되는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지는 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 동작 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 동작이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치에 적용되는 파우치형 배터리 셀의 개략적인 평면도이다. 도 1을 참조하여 가압 활성화 공정을 수행받고 더 나아가 가압 활성화 공정 중에 디개싱 공정을 수행받는 파우치형 배터리 셀(1)에 대하여 우선적으로 설명한다.
본 발명에 적용되는 파우치형 배터리 셀(1)은 전극 조립체(2), 파우치 케이스(3), 전극 리드(6) 그리고 절연 테이프(7)를 포함한다. 전극 조립체(2)는 양극판, 음극판 그리고 분리막을 포함한다. 전극 조립체(2)는 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 제공될 수 있다. 전극 조립체(2)는 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 상호 교대로 적층된 형태로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 하나의 양극판 및 음극판이 권취된 형태로 제공될 수 있다.
상기 파우치 케이스(3)는 내부에 공간을 가진다. 파우치 케이스(3)의 내부 공간에는 전극 조립체(2)와 전해액이 수납된다. 상기 파우치 케이스(3)는 다양한 구조 및 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 파우치 케이스(3)는 라미네이트 시트로 제공될 수 있고, 라미네이트 시트는 수지층과 금속층으로 구성될 수 있다.
상기 파우치 케이스(3)는 파우치 본체(4) 및 파우치 테두리(5)를 포함한다. 파우치 본체(4)는 전극 조립체(2)를 수용할 수 있다. 상기 파우치 본체(4)는 다양한 구조 및 형태로 형성될 수 있다. 본 발명에서의 상기 파우치 본체(4)는 상부에서 바라 볼 때 직사각형의 형상인 것을 예시하고 있다. 파우치 테두리(5)는 파우치 본체(4)로부터 돌출되어 제공된다. 파우치 테두리(5)는 끝 부분을 실링하여 파우치 본체(4) 내부를 밀봉할 수 있다. 따라서, 상기 파우치 테두리(5)은 끝부분 따라 기본 실링부(5a)가 형성된다.
상기 전극 리드(6)는 전극 조립체(2)와 전기적으로 연결된다. 전극 리드(6)는 파우치 케이스(3)의 파우치 테두리(5) 밖으로 돌출될 수 있다. 일 예로 전극 리드(6)는 파우치 케이스(3)의 길이 방향의 양측 또는 일측 단부로부터 돌출될 수 있다. 상기 전극 리드(6)는 한 쌍이 제공될 수 있다. 한 쌍의 전극 리드(6)는 파우치 케이스(3)의 일측 또는 양측 단부로부터 돌출될 수 있다. 한 쌍의 전극 리드(6) 중 어느 하나는 양극 리드로 제공되며, 다른 하나는 음극 리드로 제공될 수 있다. 한 쌍의 전극 리드(6)는 전극 조립체(2)에 결합된 한 쌍의 전극 탭과 전기적으로 연결된다.
상기 전극 리드(6)에는 절연 테이프(7)가 부착될 수 있다. 절연 테이프(7)는 전극 리드(6)와 파우치 케이스(3) 사이에서의 단락 발생을 방지할 수 있다. 절연 테이프(7)는 전극 리드(6)와 파우치 케이스(3)의 접착성을 향상시킬 수 있다. 절연 테이프(7)는 전극 리드(6)와 대응되는 개수로 제공된다. 절연 테이프(7)는 전극 리드(6)의 둘레에 부착될 수 있다. 절연 테이프(7)는 절연성이 있는 물질로 제공될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 파우치형 배터리 셀(1)은 본 발명인 가압 활성화 장치에 의한 가압 활성화 공정 중에 발생하는 가스를 한쪽으로 포집할 수 있는 공간을 구비한다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 파우치형 배터리 셀(1)은 한 쪽의 파우치 테두리(5)를 상대적으로 더 연장하여 형성되는 가스 포켓부(9)를 구비한다. 따라서, 상기 파우치형 배터리 셀(1)의 가압 활성화 공정 중에 발생하는 가스는 상기 가스 포켓부(9)로 이동하여 포집될 수 있다.
상기 가스 포켓부(9)는 상기 파우치 본체(4)와 상기 기본 실링부(5a) 사이에 형성된 공간으로서, 발생된 가스를 포집할 목적으로 형성할 수 있고, 이러한 가스 포켓부(9)는 파우치형 배터리 셀(1)의 네 측변 중, 어느 하나의 측변에 형성되는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 파우치형 배터리 셀(1)에 대한 가압 활성화 공정과 디개싱 공정을 수행할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치(100)에 대한 구체적인 구성 및 동작에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치(100)의 개략적인 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치(100)는 기존 가압 활성화 장치의 구성에 디개싱 유닛(50)이 더 포함되어 구성된다. 구체적으로, 본 발명에 따른 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치(100)는 복수의 파우치형 배터리 셀(1)의 양측면을 가압하는 복수의 가압 유닛(90)과 상기 복수의 가압 유닛(90)의 상측에서 복수의 파우치형 배터리 셀(1) 내부에 발생되는 가스를 제거하는 디개싱 유닛(50)을 포함하여 구성된다.
그런데, 본 발명에 따른 상기 디개싱 유닛(50)은 종래에 일부 적용된 구성처럼 각각의 가압 유닛에 일대일 대응되어 고정되어 배치되는 것이 아니라, 상기 복수의 가압 유닛(90) 상측에서 이동 가능하게 배치되어, 각각의 가압 유닛(90)에서 가압되는 복수의 파우치형 배터리 셀(1)에 대한 디개싱 공정을 수행할 수 있도록 구성된다.
본 발명에 적용되는 상기 가압 유닛(90)은 복수의 파우치형 배터리 셀(1)의 양측면을 가압 할 수 있다. 상기 가압 유닛(90)은 파우치형 배터리 셀(1)을 가압하여 내부에 함침된 전해액을 고르게 분포시킬 수 있다. 상기 가압 유닛(90)은 복수개 제공될 수 있다. 복수의 가압 유닛(90)은 일방향을 따라 인접하여 순차적으로 배치된다.
본 발명의 실시예에 따른 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치(100)를 구성하는 가압 유닛(90)은 도 3 및 도 4에 도시되어 있다.
상기 가압 유닛(90)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 파우치형 배터리 셀(1)이 탑재 장착되는 본체(70)와, 각각의 파우치형 배터리 셀(1) 계면에 개재되어 각각의 파우치형 배터리 셀(1)의 양측면을 가압하는 가압 플레이트(60)와, 상기 가압 플레이트(60) 사이에 배치되어 파우치형 배터리 셀(1)을 떠받치는 간지(71)와, 가압 플레이트(60)를 이동시켜 파우치형 배터리 셀(1)이 가압되도록 하는 구동수단(80)으로 구성되며, 이는 해당 분야에서 기본적으로 널리 공지된 기술이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하고 본 발명에 필요한 정도만 개략적으로 설명한다.
상기 본체(70)는 상기 가압 유닛(90)의 외관을 형성하며, 상기 복수 개의 파우치형 배터리 셀(1)들을 수용할 수 있는 구조를 가진다. 이러한 상기 본체(70)는 기본적으로 하부 프레임, 상부 프레임, 이 하부 및 상부 프레임을 연결하여 견고한 형태를 구성하기 위하여 양 측에 배치되는 한 쌍의 연결 프레임을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 복수 개의 가압 플레이트(60)들은 상기 복수 개의 파우치형 배터리 셀(1)들의 전후면을 마주하게 상기 복수 개의 파우치형 배터리 셀(1)들 사이에 배치될 수 있도록 상기 본체(70)에 구비될 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 파우치형 배터리 셀(1)들의 가스 포켓부(9)들은 상기 본체(70)의 상측 방향으로 돌출 배치될 수 있다. 즉, 본 발명에 적용되는 상기 복수 개의 파우치형 배터리 셀(1)의 가스 포켓부(9)는 상기 복수 개의 가압 플레이트(60) 사이에서 상측 방향을 향하여 돌출되게 배치되는 것이 바람직하다. 다만, 후술할 본 발명에 적용되는 벤팅 모듈(40)의 배치 방향 및 접근 방향에 따라 상기 가스 포켓부(9)의 돌출 방향은 측방향 또는 하측 방향이 될 수도 있다.
상기 구동 수단(80)은 상기 복수 개의 가압 플레이트(60)들이 상기 복수 개의 파우치형 배터리 셀(1)의 면 방향에 따른 전후면을 가압할 수 있도록 상기 복수 개의 가압 플레이트(60)를 상기 본체(70)의 전후 방향(가압 방향)을 따라 슬라이딩시킬 수 있다.
이를 위하여, 상기 구동 수단(80)은 구동원(81), 구동 플레이트(83), 구동 샤프트(85) 및 가이드 레일(87)을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 구동 플레이트(83)는 상기 복수 개의 가압 플레이트(60)의 일측에서 최외곽에 배치되는 가압 플레이트(60)를 마주 하게 상기 본체(70)에 구비될 수 있다.
상기 구동 샤프트(85)는 상기 구동 플레이트(83)에 연결되고, 상기 복수 개의 가압 플레이트(60)를 상기 본체(70)의 전후 방향(가압 방향)으로 슬라이딩시킬 수 있도록, 상기 구동원(81)의 구동에 따라 상기 구동 플레이트(83)를 상기 본체(70)의 전후 방향(가압 방향)을 따라 슬라이딩시킬 수 있다.
상기 가이드 레일(87)은 상기 본체(70)의 전후 방향(가압 방향)을 따라, 상기 본체(70)의 한 쌍의 연결 프레임 사이에 고정 배치될 수 있다. 상기 가이드 레일(87)은 상기 복수 개의 가압 플레이트(60) 및 상기 구동 플레이트(83)와 연결되어, 상기 복수 개의 가압 플레이트(60) 및 상기 구동 플레이트(83)의 슬라이딩을 가이드할 수 있다.
상기 복수 개의 가압 플레이트(60)들 중, 인접하고 있는 한 쌍의 가압 플레이트(60)는 그 사이에 장착되는 상기 파우치형 배터리 셀(1)을 가압하여 가압 활성화 공정이 진행될 수 있도록 한다. 한편, 본 발명에 따른 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치(100)는 가압시 디개싱 유닛을 이용하여 파우치형 배터리 셀(1) 내에 발생한 가스를 디개싱하는 동작을 수행한다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 파우치형 배터리 셀(1)은 도 4에 도시된 바와 같이, 가압 플레이트(60)들 사이에 장착 배치되되, 그 가스 포켓부(9)가 상측 방향으로 돌출되도록 장착 배치된다.
따라서, 후술하는 디개싱 유닛(50)의 벤팅 모듈(40)이 상측에서 상기 가스 포켓부(9)에 피어싱 홀(도 11에서 도면 부호 5c로 표기됨)을 형성한 후, 상기 피어싱 홀(5c)을 포함한 영역(가스 벤팅 영역)이 진공 상태가 되도록 구동하여 유출된 가스가 흡입되어 벤팅되도록 하며, 가스 벤팅이 완료되면 상기 피어싱 홀(5c) 또는 가스 유출 영역 주변을 실링하는 동작을 수행할 수 있다.
이와 같이 구성되는 상기 가압 유닛(90)의 개략적인 동작에 대해 살펴보면, 상기 본체(70)에 일정간격으로 배열된 가압 플레이트(60) 사이에 파우치형 배터리 셀(1)을 삽입하고, 삽입된 파우치형 배터리 셀(1)이 가압 플레이트(60) 사이에 개입된 간지(71)에 의해 지지되도록 한다.
상기와 같이 파우치형 배터리 셀(1)을 삽입한 상태에서 상기 구동수단(80)에 의해 상기 가압 플레이트(60)가 상기 파우치형 배터리 셀(1)을 가압하도록 한 다음, 상기 가압 플레이트(60)에 설치된 히팅 패드(미도시)를 동작시켜 상기 파우치형 배터리 셀(1)이 가압된 상태에서 고온을 인가하여 가압 활성화 공정을 수행받을 수 있도록 한다.
상기 가압 활성화 공정을 수행받는 과정에서 상기 파우치형 배터리 셀(1)에 대한 충방전 또는 전압 측정 공정이 수행될 수도 있고, 본 발명의 실시예에 따라, 상기 디개싱 유닛(50)에 의하여 가압 활성화 공정에서 발생하는 파우치형 배터리 셀(1)에서 발생하는 가스를 디개싱하는 동작을 수행할 수도 있다.
본 발명에 적용되는 상기 디개싱 유닛(50)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 가압 유닛(90)의 상측에서 복수의 파우치형 배터리 셀(1) 내부에 발생되는 가스를 제거하는 동작을 수행한다. 그런데, 본 발명에 따른 디개싱 유닛(50)은 각각의 가압 유닛(90)에 대응하여 고정 배치되는 복수의 디개싱 유닛이 아니라, 복수의 가압 유닛(90) 각각에 장착되는 복수의 파우치형 배터리 셀(1)에 대해 모두 디개싱 공정을 수행할 수 있는 하나의 디개싱 유닛으로 구성된다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 디개싱 유닛(50)은 상기 복수의 가압 유닛(90) 상측에서 이동 가능하게 배치되어, 각각의 가압 유닛(90)에서 가압되는 복수의 파우치형 배터리 셀(1)에 대한 디개싱 공정을 수행할 수 있도록 배치 구성된다.
도 2에서는 하나의 디개싱 유닛(50)이 세개의 가압 유닛(90) 상측에서 왕복 이동하면서 각각의 가압 유닛(90)에 장착되는 복수의 파우치형 배터리 셀(1)에 대한 디개싱 공정을 수행할 수 있는 구성을 예시하고 있다. 도 2에서는 세개의 가압 유닛(90)이 적용되는 것을 예시하고 있지만, 네개 이상의 가압 유닛(90)에 대해 본 발명에 따른 하나의 디개싱 유닛(50)이 디개싱 공정을 수행할 수 있도록 구성할 수도 있다.
본 발명에 따른 디개싱 유닛(50)은 이와 같이 상기 복수의 가압 유닛(90) 상측에서 왕복 이동 가능하게 배치 장착되어야 한다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 디개싱 유닛(50)은 상기 복수의 가압 유닛(90)의 배치 방향을 따라 배치되는 이송 수단(41), 상기 이송 수단(41)에 의하여 상기 복수의 가압 유닛(90)의 배치 방향을 따라 왕복 이송될 수 있도록 장착되는 지지대(43) 및 상기 지지대(43)에 지지되도록 장착되어 각 파우치형 배터리 셀(1)의 가스 포켓부(9)에 피어싱 홀(5c)을 형성한 후 진공 흡입을 통하여 상기 가스 포켓부(9)의 가스를 벤팅하는 복수의 벤팅 모듈(30)을 포함하여 구성된다.
상기 이송 수단(41)은 상기 복수의 벤팅 모듈(30)이 지지되어 장착되는 상기 지지대(43)를 복수의 가압 유닛(90)의 배치 방향을 따라 왕복 이동시킬 수 있도록 배치 구성된다. 상기 이송 수단(41)은 상기 지지대(43)를 왕복 이동시킬 수 있다면 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 이송 수단(41)은 상기 지지대의 양측을 지지하면서 이동시킬 수 있는 한 쌍의 레일 또는 볼스크류 등으로 적용할 수 있고, 이들은 구동 모터를 통해 구동될 수 있다.
상기 지지대(43)는 상기 이송 수단(41)에 의하여 상기 복수의 가압 유닛(90)의 배치 방향을 따라 왕복 이송될 수 있도록 이송 수단(41)에 장착 배치된다. 그리고, 상기 지지대(43)는 복수의 벤팅 모듈(40)을 장착 지지하고 있다. 상기 복수의 벤딩 모듈(40)은 가압 상태에 있는 파우치형 배터리 셀(1)에 대해 디개싱 공정 수행을 위하여, 해당 가압 유닛(90)에 장착되어 있는 복수의 파우치형 배터리 셀(1) 각각에 대응한 "디개싱 수행 지점"에 위치할 수 있어야 한다. 이를 위하여, 제어수단(미도시)은 상기 복수의 벤딩 모듈(40)이 해당 가압 유닛(90)에 장착되어 있는 복수의 파우치형 배터리 셀(1) 각각에 대응하는 디개싱 수행 지점으로 위치할 수 있도록, 상기 이송 수단(41)을 구동하여 상기 지지대(43)를 해당 가압 유닛(90) 상측으로 이송시킨다.
한편, 상기 지지대(43)에 지지되는 상기 복수의 벤팅 모듈(40)을 각각 디개싱 수행 지점으로 위치시키기 위하여, 상기 지지대(43)를 이송시키는 과정에서 주변 구성품 또는 기구물과 간섭되지 않아야 한다. 이를 위하여, 경우에 따라서 상기 이송 수단(41)이 승하강될 필요가 있다. 구체적으로, 상기 이송 수단(41)은 하측에 배치되는 승강용 실린더(미도시)에 의해 승하강되도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 복수의 벤팅 모듈(40)을 통해 특정 가압 유닛(90)에 장착되어 있는 복수의 파우치형 배터리 셀(1)에 대한 디개싱 공정을 수행 완료한 후, 다른 가압 유닛(90)에 장착되어 있는 복수의 파우치형 배터리 셀(1)에 대한 디개싱 공정을 수행하기 위하여 이동할 때, 제어 수단(미도시)은 승강 실린더를 동작시켜 상기 이송 수단(41)을 상승시키는 제1 동작, 상승된 이송 수단(41)에 의해 상기 지지대(43)를 다른 가압 유닛(90) 상측까지 수평 이동시키는 제2 동작 및 상기 승강 실린더를 동작시켜 상기 이송 수단(41)을 하강시키는 제3 동작이 수행되도록 할 수 있다.
이와 같은 동작을 통해, 상기 복수의 벤팅 모듈(40)은 상기 "디개싱 수행 지점"에 위치할 수 있다. 즉, 제어 수단의 제어에 의하여 상기 복수의 벤팅 모듈(40) 각각은 디개싱 공정을 수행할 가압 유닛(90)에 장착되어 있는 각각의 파우치형 배터리 셀(1)에 대응하여 디개싱 공정을 수행할 수 있는 지점으로 이동되어 위치할 수 있다. 상기 "디개싱 수행 지점"은 파우치형 배터리 셀(1)의 가스 포켓부(9)가 상기 벤팅 모듈(40)을 구성하는 고정 플레이트(13)와 이동 플레이트(23) 및 히팅 플레이트(33) 사이에 개재된 상태가 되는 벤팅 모듈(40)의 위치 지점을 의미한다.
상기 복수의 벤팅 모듈(40) 각각은 상기 "디개싱 수행 지점"에서 디개싱 공정을 수행한다. 구체적으로, 상기 복수의 벤팅 모듈(40) 각각은 상기 지지대(43)에 지지되도록 장착되어 각 파우치형 배터리 셀(1)의 가스 포켓부(9)에 피어싱 홀(5c)을 형성한 후 진공 흡입을 통하여 상기 가스 포켓부(9)의 가스를 벤팅하는 동작을 수행한다.
상기 각각의 벤팅 모듈(40)은 대응하는 파우치형 배터리 셀(1)의 가스 포켓부(9)에 피어싱 홀(5c)을 형성한 후, 진공 흡입하여 상기 가스 포켓부(9)에 포집되어 있는 가스를 벤팅하는 동작을 수행한다. 이후, 별도의 절차에 의하여 상기 피어싱 홀(5c)에 대한 밀봉을 위한 실링 공정을 수행할 수도 있지만, 본 발명에서는, 상기 각각의 벤팅 모듈(40)이 상기 피어싱 홀(5c)에 대한 실링 공정도 연속해서 수행한다. 즉, 본 발명에 따른 상기 복수의 벤팅 모듈(40) 각각은 상기 가스 포켓부(9)의 가스에 대한 벤팅이 완료되면, 상기 피어싱 홀(5c)의 주변을 실링하는 동작을 추가적으로 수행한다.
도 5는 복수의 벤팅 모듈(40)이 가압 플레이트(60)에 의해 가압된 상태에 있는 각각의 대응하는 파우치형 배터리 셀(1)의 상측에 배치된 상태에 대한 개략적인 단면도를 보여준다. 도 5에서 상기 복수의 벤팅 모듈(40) 각각은 "디개싱 수행 지점"에 위치하고 있다. 즉, 각각의 벤팅 모듈(40)은 대응하는 파우치형 배터리 셀(1)의 가스 포켓부(9)가 고정 플레이트(도 7 내지 도 10에서 도면 부호 13으로 표기됨)와 이동 플레이트(도 7 내지 도 10에서 도면 부호 23으로 표기됨) 및 히팅 플레이트(도 7 내지 도 10에서 도면 부호 33으로 표기됨) 사이에 개재되는 지점에 위치한다.
도 5에서, 상기 복수의 벤팅 모듈(40)은 하나의 열로 일직선으로 배치되어 각각 대응하는 파우치형 배터리 셀(1) 상측에 배치된 것을 예시한다. 그런데, 상기 각 벤팅 모듈(40)의 너비가 커지는 경우 또는 상기 파우치형 배터리 셀(1)의 두께가 얇아지는 경우에는 각각의 파우치형 배터리 셀(1)에 대해 순차적으로 대응하는 복수의 벤팅 모듈(40)들을 일직선의 하나의 열로 배치할 수 없는 경우가 발생한다.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 벤팅 모듈(40)의 너비(P1)가 상기 파우치형 배터리 셀(1)의 두께에 따라 변경되는 상기 가압 플레이트(60)간 거리(P2)보다 더 큰 경우에는 상기 복수의 벤팅 모듈(40)을 상기 복수의 파우치형 배터리 셀(1)에 대응하여 순차적으로 하나의 열로 배치할 수 없다.
이와 같은 경우, 본 발명에 따른 상기 복수의 벤팅 모듈(40)은 상기 지지대(43)에 복수의 열로 배치되되, 각 열에 배치되는 복수의 벤팅 모듈(40)은 다른 열에 배치되는 복수의 벤팅 모듈(40)과 교차하여 배치되도록 구성한다.
따라서, 복수의 벤팅 모듈(40)을 하나의 열로 배치할 수 없는 경우, 적어도 두 개 이상의 열로 배치할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 복수의 벤팅 모듈(40)은 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 지지대(43)에 두개의 열(도 6에서 R1 및 R2로 표기됨)로 지지 배치되되, 하나의 열에 배치되는 복수의 벤팅 모듈과 나머지 다른 열에 배치되는 복수의 벤팅 모듈은 순차적으로 상호 교차하여 지그재그 형태로 배치되는 것을 채택 적용할 수 있다.
이와 같은 복수의 벤팅 모듈(40)의 배치 구조를 통해, 각 가압 유닛(90)에 장착되는 복수의 파우치형 배터리 셀(1)에 대응하는 복수의 벤팅 모듈(40)을 복수의 열(특히 두개의 열)로 지지대(43)에 장착 배치될 수 있도록 구성하기 때문에, 구조적으로 벤팅 모듈(40)의 두께가 커지는 경우 또는 두께가 얇은 파우치형 배터리 셀(1)에 대한 가압 활성화 공정을 수행하는 경우에도 하나의 디개싱 유닛(50)을 통해 각각의 가압 유닛(90)에 장착되는 복수의 파우치형 배터리 셀(1)에 대해 동시에 디개싱 공정을 수행할 수 있도록 하고, 이를 통해 디개싱 공정 적용 범위를 확대할 수 있고 장비 적용 효율을 향상시킬 수 있다.
다음은, 상기 각각의 벤팅 모듈(40)에 대한 구체적인 구성 및 동작에 대해 도 7 내지 도 10을 참조하여 구체적으로 설명한다. 상기 복수의 벤팅 모듈(40) 각각은 상술한 바와 같이, 상기 파우치형 배터리 셀(1)에 대한 피어싱 동작, 진공 흡입 동작 및 실링 동작을 수행할 수 있는 구조를 가진다.
도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 상기 각각의 벤팅 모듈(40)은 디개싱 공정을 수행하는 과정에서 고정된 상태를 유지하는 고정 블록(10), 상기 고정 블록(10)에 대향 배치되어 디개싱 공정을 수행하는 과정에서 파우치형 배터리 셀(1)의 가스 포켓부(9)를 사이에 두고 상기 고정 블록(10)에 밀착 또는 근접하는 위치로 이동하여 가스 포켓부(9)에 피어싱 홀(5c)을 형성한 후 진공 흡입 동작을 수행하는 피어싱/흡입 블록(20) 및 상기 고정 블록(10)에 대향 배치되어 디개싱 공정을 수행하는 과정에서 파우치형 배터리 셀(1)의 가스 포켓부(9)를 사이에 두고 상기 고정 블록(10)에 밀착 또는 근접하는 위치로 이동하여 가스 포켓부(9)에 형성된 피어싱 홀(5c)을 외부와 밀봉처리하기 위하여 실링하는 실링 블록(30)을 포함하여 구성된다.
상기 고정 블록(10)은 고정 장착부(11)와 고정 플레이트(13)로 구성된다. 상기 고정 플레이트(11)는 상기 지지대(43)에 장착 지지된 상태를 유지한다. 그리고, 상기 고정 플레이트(11)는 상기 피어싱/흡입 블록(20)과 상기 히팅 블록(30)의 전후진 동작을 구동하는 제1 실린더(18)와 제2 실린더(19)를 안착시킨다. 상기 제1 실린더(18)는 상기 피어싱/흡입 블록(20)의 전후진 동작을 구동하고, 상기 제2 실린더(19)는 상기 제1 실린더(18)의 양측에 하나씩 장착되어 상기 히팅 블록(30)의 전후진 동작을 구동한다.
상기 고정 플레이트(13)는 상기 고정 장착부(11)에서 하측 방향으로 수직하게 배치되는 고정된 플레이트에 해당되고, 상기 피어싱/흡입 블록(20)의 이동 플레이트(23)와 상기 히팅 블록(30)의 히팅 플레이트(33)와 대향 배치된다.
상기 고정 플레이트(13)의 대향면(상기 피어싱/흡입 블록(20)의 이동 플레이트(23)와 상기 히팅 블록(30)의 히팅 플레이트(33)와 대향하는 면)에는 제1 오링(14), 제1 흡입홀(15), 삽입홈(16) 및 히팅 지지부(17)가 형성된다.
상기 삽입홈(16)은 상기 이동 플레이트(23)에 장착 구비되는 피어싱 핀(26)의 끝부분을 수용할 수 있는 공간을 제공한다. 즉, 상기 제1 실린더(18)의 구동에 따라 상기 이동 플레이트(23)가 상기 고정 플레이트(13)로 접근하여 상기 가스 포켓부(9)에 피어싱 홀(5c)을 확실하게 형성하기 위해서는 상기 이동 플레이트(23)에 돌출 장착되는 피어싱 핀(26)의 끝부분이 상기 가스 포켓부(9)를 관통해서 지나가야 한다. 이 경우, 상기 피어싱 핀(26)의 끝부분이 충돌에 의해 손상되지 않도록 하고, 피어싱 홀(5c)이 확실하고 효율적으로 형성되도록 하기 위하여 상기 고정 플레이트(13)의 중앙 부분에 삽입홈(16)을 형성한다.
상기 제1 오링(14)은 상기 피어싱 홀(5c)을 통해 나오는 가스를 효율적으로 벤팅시키기 위하여 피어싱 홀(5c)의 주변 영역을 외부와 차단하기 위한 가스 벤팅 영역을 형성한다. 상기 제1 오링(14)은 실리콘 재질로서 상기 삽입홈(16)을 포함하는 영역을 구획하도록 상기 고정 플레이트(13)의 대향면에 형성된다. 따라서, 상기 고정 플레이트(13)가 상기 가스 포켓부(9)와 밀착되면, 상기 실리콘 재질의 제1 오링(14)에 의하여 가스 벤팅 영역이 형성될 수 있다.
상기 제1 흡입홀(15)은 상기 고정 플레이트(13)의 내측으로 관통되도록 복수개로 형성되되, 상기 제1 오링(14)의 내측, 즉 가스 벤팅 영역과 통하도록 형성된다. 상기 복수개의 제1 흡입홀(15)은 별도로 구비되는 펌핑 라인에 연결된다. 구체적으로, 상기 복수개의 제1 흡입홀(15)은 상기 고정 플레이트(13) 내측으로 관통 형성되어 외측으로 펌핑 라인과 연결되며, 진공 흡입 펌프에 의하여 상기 가스 벤팅 영역(밀착된 고정 플레이트(13)와 가스 포켓부(9) 사이에 형성되는 차단 공간)의 가스를 진공 흡입할 수 있다.
이와 같이, 상기 가스 포켓부(9)에 상기 피어싱 홀(5c)이 형성된 후, 진공 흡입 펌프를 동작시키면, 가스 포켓부(9)의 가스는 상기 밀착된 고정 플레이트(13)와 가스 포켓부(9) 사이에 형성되는 차단 공간에 해당하는 가스 벤팅 영역으로 가스가 나오고, 이 가스는 진공 흡입되어 상기 제1 흡입홀(15)을 통해 외부로 벤팅될 수 있다.
상기 히팅 지지부(17)는 상기 실링 블록(30)의 히팅 플레이트(33)에 대응되는 부분으로서, 가스 벤팅이 완료되면, 상기 피어싱 홀(5c)의 주변 영역을 실링하기 위하여, 상기 히팅 플레이트(33)가 상기 고정 플레이트(13)로 밀착될 때, 상기 히팅 플레이트(33)를 지지하여 열융착에 의한 실링이 효율적으로 이뤄질 수 있도록 한다. 상기 히팅 지지부(17)는 상기 히팅 플레이트(33)와 대응되는 부분이기 때문에, 상기 히팅 플레이트(33)와 동일한 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 히팅 지지부(17)는 상기 히팅 플레이트(33)의 배치 형상인 "
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" 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 피어싱/흡입 블록(20)은 제1 연결부(21)와 이동 플레이트(23)로 구성된다. 상기 제1 연결부(21)는 상기 제1 실린더(18)에 전후진 가능하게 연결된다. 상기 제1 실린더(18)는 상기 제1 연결부(21)에 연결되어 상기 제1 연결부(21)를 전후진 구동한다. 따라서, 상기 제1 연결부(21)와 하측 방향으로 수직하게 연결되는 상기 이동 플레이트(23) 역시 전후진 동작될 수 있다.
상기 이동 플레이트(23)는 상기 제1 연결부(21)에서 하측 방향으로 수직하게 배치되는 이동될 수 있는 플레이트에 해당되고, 상기 고정 블록(10)의 고정 플레이트(13)와 대향 배치된다. 상기 이동 플레이트(23)의 대향면(상기 고정 블록(10)의 고정 플레이트(13)와 대향하는 면)에는 제2 오링(24), 제2 흡입홀(25) 및 피어싱 핀(16)이 형성된다.
상기 피어싱 핀(26)은 상기 가스 포켓부(9)에 피어싱 홀(5c)을 형성하고, 가스 포켓부(9)를 관통하여 피어싱 홀(5c)을 형성하기 위하여, 그 끝부분은 상기 고정 플레이트(13)의 대향면에 형성되는 삽입홈(16)에 삽입될 수 있다. 즉, 상기 제1 실린더(18)의 구동에 따라 상기 이동 플레이트(23)가 상기 가스 포켓부(9)가 개재된 상태로 상기 고정 플레이트(13)로 밀착 접근하면, 상기 피어싱 핀(26)이 상기 가스 포켓부(9)를 관통하여 피어싱 홀(5c)을 형성시키고 상기 이동 플레이트(23)에 돌출 장착되는 피어싱 핀(26)의 끝부분은 상기 가스 포켓부(9)를 관통해서 지나간 다음 상기 삽입홈(16)에 삽입된 상태가 된다. 상기 피어싱 핀(26)은 결국 상기 삽입홈(16)에 대응되는 위치에 형성된다. 상기 피어싱 핀(26)은 상기 가스 포켓부(9)에 상기 피어싱 홀(5c)을 용이하게 형성할 수 있도록, 그 끝부분이 뾰족한 형태 또는 칼날 형태인 것이 바람직하다.
상기 제2 오링(24)은 상기 피어싱 홀(5c)을 통해 나오는 가스를 효율적으로 벤팅시키기 위하여 피어싱 홀(5c)의 주변 영역을 외부와 차단하기 위한 가스 벤팅 영역(이동 플레이트(23)와 가스 포켓부(9) 사이에 형성되는 차단 영역)을 형성한다. 상기 제2 오링(24)은 실리콘 재질로서 상기 피어싱 핀(26)을 포함하는 영역을 구획하도록 상기 이동 플레이트(23)의 대향면에 형성된다. 따라서, 상기 이동 플레이트(23)가 상기 가스 포켓부(9)와 밀착되면, 상기 실리콘 재질의 제2 오링(24)에 의하여 가스 벤팅 영역이 형성될 수 있다. 상기 제2 오링(24)은 상기 제1 오링(14)에 대응되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제2 흡입홀(25)은 상기 이동 플레이트(23)의 내측으로 관통되도록 복수개로 형성되되, 상기 제2 오링(24)의 내측, 즉 가스 벤팅 영역과 통하도록 형성된다. 상기 복수개의 제2 흡입홀(25)은 상기 제1 흡입홀(15)과 동일하게 별도로 구비되는 펌핑 라인에 연결된다. 구체적으로, 상기 복수개의 제2 흡입홀(25)은 상기 이동 플레이트(23) 내측으로 관통 형성되어 외측으로 펌핑 라인과 연결되며, 진공 흡입 펌프에 의하여 상기 가스 벤팅 영역(밀착된 이동 플레이트(23)와 가스 포켓부(9) 사이에 형성되는 차단 공간)의 가스를 진공 흡입할 수 있다.
이와 같이, 상기 가스 포켓부(9)에 상기 피어싱 홀(5c)이 형성된 후, 진공 흡입 펌프를 동작시키면, 가스 포켓부(9)의 가스는 상기 밀착된 이동 플레이트(23)와 가스 포켓부(9) 사이에 형성되는 차단 공간에 해당하는 가스 벤팅 영역으로 가스가 나오고, 이 가스는 진공 흡입되어 상기 제2 흡입홀(25)을 통해 외부로 벤팅될 수 있다.
상기 실링 블록(30)은 제2 연결부(31)와 히팅 플레이트(33)로 구성된다. 상기 제2 연결부(31)는 상기 제2 실린더(19)에 전후진 가능하게 연결된다. 상기 제2 실린더(19)는 상기 제1 실린더(18)의 양측에 하나씩 배치되어 상기 제2 연결부(31)의 양측에 하나씩 대응 연결되어 상기 제2 연결부(31)를 전후진 구동한다. 따라서, 상기 제2 연결부(31)와 하측 방향으로 수직하게 연결되는 상기 히팅 플레이트(33) 역시 전후진 동작될 수 있다.
상기 히팅 플레이트(33)는 상기 제2 연결부(31)에서 하측 방향으로 수직하게 배치되는 이동될 수 있는 플레이트에 해당되고, 상기 고정 블록(10)의 고정 플레이트(13)와 대향 배치된다. 다만, 상기 히팅 플레이트(33)는 상기 이동 플레이트(23)가 개재될 수 있도록 상기 이동 플레이트(23)의 양측 및 하측 둘레에 배치되는 구조를 가진다.
구체적으로, 상기 히팅 플레이트(33)는 양측 플레이트와 이 양측 플레이트 하단을 연결하는 하측 플레이트로 구성되는 "
Figure pat00002
" 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 히팅 플레이트(33)는 "
Figure pat00003
" 형상으로 형성되어 상기 히팅 지지부(17)에 대응되도록 형성된다.
상기 히팅 플레이트(33)는 상기 피어싱/흡입 블록(20)에 의하여 피어싱 과정과 진공 흡입 과정을 통해 가스 벤팅이 완료되면, 상기 피어싱 홀(5c)의 주변을 열융착으로 실링하기 위한 동작을 수행한다. 따라서, 가스 벤팅이 완료되면, 상기 제2 실린더(19)는 상기 히팅 블록(30)을 전진시켜 가스 포켓부(9)가 개재된 상태로 상기 고정 플레이트(13)에 밀착되도록 구동한다. 그러면, 상기 "
Figure pat00004
" 형상의 히팅 플레이트(33)에 대응하여 상기 가스 포켓부(9)에 추가 실링부(도 11에서 도면 부호 5b로 표기됨)가 형성된다.
상기 "
Figure pat00005
" 형상의 히팅 플레이트(33)는 가스 포켓부(9)를 열융착으로 실링하기 때문에, 열을 발생할 수 있도록 구성된다. 즉, 상기 히팅 플레이트(33)는 자체적으로 발열될 수 있도록 구성될 수도 있고, 열선을 배치하여 발열될 수도 있도록 구성될 수도 있으며, 별도의 발열 부재를 삽입 장착하여 발열될 수 있도록 구성될 수도 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 히팅 플레이트(33)에는 발열 부재로서 히터봉(35)이 삽입될 수 있다. 상기 히팅 플레이트(33)가 "
Figure pat00006
" 형상, 즉 양측 플레이트와 이들 하단을 연결하는 하측 플레이트로 구성되기 때문에, 상기 히터봉(35) 역시 상기 양측 플레이트 각각에 삽입 배치되는 양측 히터봉(37)과 상기 하측 플레이트에 삽입 배치되는 하측 히터봉(36)으로 구성되는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 구성을 가지는 본 발명인 벤팅 모듈(40)은 디개싱 수행 지점에 위치하면, 피어싱 동작, 진공 흡입 동작 및 실링 동작을 수행한다. 구체적으로, 제어 수단(미도시)은 제1 실린더(18)를 구동하여 상기 이동 플레이트(23)가 고정 플레이트(13)로 전진하여 가스 포켓부(9)를 개재한 상태로 밀착되도록 한다. 이 과정에서 상기 피어싱 핀(26)은 상기 가스 포켓부(9)를 관통하여 피어싱 홀(5c)을 형성시킨다.
상기 이동 플레이트(23)가 상기 고정 플레이트(13)에 밀착되는 과정에서 가스 벤팅 영역이 형성된다. 즉, 상기 제1 오링(14)을 통해 상기 고정 플레이트(13)와 상기 가스 포켓부(9)의 일측면 사이의 차단 영역에 해당하는 가스 벤팅 영역과 상기 제2 오링(24)을 통해 상기 이동 플레이트(23)와 상기 가스 포켓부(9)의 타측면 사이의 차단 영역에 해당하는 가스 벤팅 영역이 형성된다.
이 상태에서 진공 흡입 펌프를 동작시키면, 상기 가스 포켓부(9)에서 상기 가스 벤팅 영역으로 나오는 가스는 진공 흡입되어 각각 제1 흡입홀(15) 및 제2 흡입홀(25)을 통해 외부로 벤팅되어 디개싱이 수행될 수 있다.
상기 가스 벤팅이 완료되면, 상기 제2 실린더(19)가 상기 히팅 플레이트(33)가 상기 고정 플레이트(13)와 가스 포켓부(9)가 개재된 상태로 밀착될 수 있도록 구동한다. 그러면, 상기 히터봉(35)이 삽입 배치된 상기 "
Figure pat00007
" 형상의 히팅 플레이트(33)는 상기 피어싱 홀(5c) 주변을 실링한다. 결국 상기 파우치 내부는 외부와 기밀을 유지할 수 있다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 가스 포켓부(9)에는 상기 피어싱 홀(5c) 주변을 따라 "
Figure pat00008
" 형상의 추가 실링부(5b)가 형성된다.
여기서, 상기 벤팅 모듈(40)은 상기 가스 포켓부(9) 상측에서 디개싱 공정을 수행하고, 사전에 파우치 테두리(5)의 끝부분을 따라 기본 실링부(5a)가 형성되어 있기 때문에, 가스 벤팅이 완료된 후에는 사각형이 아닌, "
Figure pat00009
" 형상의 추가 실링부(5b)를 형성해도 파우치 내부의 기밀을 유지할 수 있다. 이와 같은 이유로, 상기 히팅 플레이트(33) 및 이에 삽입 배치되는 히터봉(35)은 사각형 형태로 구성 및 배치되는 것이 아니라 "
Figure pat00010
" 형상으로 구성 및 배치되는 것이다. 결과적으로 벤팅 모듈(40)의 구조를 더 단순화시킬 수 있고, 이로 인해 벤팅 모듈 제작을 위한 시간, 노력 및 비용을 절감할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1 : 파우치형 배터리 셀 2 : 전극 조립체
3 : 파우치 케이스 4 : 파우치 본체
5 : 파우치 테두리 5a : 기본 실링부
5b : 추가 실링부 5c : 피어싱 홀
6 : 전극 리드 7 : 절연 테이프
9 : 가스 포켓부
10 : 고정 블록 11 : 고정 장착부
13 : 고정 플레이트 14 : 제1 오링
15 : 제1 흡입홀 16 : 삽입홈
17 : 히팅 지지부 18 : 제1 실린더
19 : 제2 실린더
20 : 피어싱/흡입 블록 21 : 제1 연결부
23 : 이동 플레이트 24 : 제2 오링
25 : 제2 흡입홀 26 : 피어싱 핀
30 : 실링 블록 31 : 제2 연결부
33 : 히팅 플레이트 35 : 히터봉
36 : 하측 히터봉 37 : 양측 히터봉
40 : 벤팅 모듈 41 : 이송 수단
43 : 지지대 50 : 디개싱 유닛
60 : 가압 플레이트 70 : 본체
71 : 간지 80 : 구동수단
81 : 구동원 83 : 구동 플레이트
85 : 구동 샤프트 87 : 가이드 레일
90 : 가압 유닛
100 : 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치

Claims (4)

  1. 가압 활성화 장치에 있어서,
    복수의 파우치형 배터리 셀의 양측면을 가압하는 복수의 가압 유닛;
    상기 복수의 가압 유닛의 상측에서 복수의 파우치형 배터리 셀 내부에 발생되는 가스를 제거하는 디개싱 유닛을 포함하여 구성되되,
    상기 디개싱 유닛은 상기 복수의 가압 유닛 상측에서 이동 가능하게 배치되어, 각각의 가압 유닛에서 가압되는 복수의 파우치형 배터리 셀에 대한 디개싱 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 디개싱 유닛은 상기 복수의 가압 유닛의 배치 방향을 따라 배치되는 이송 수단, 상기 이송 수단에 의하여 상기 복수의 가압 유닛의 배치 방향을 따라 왕복 이송될 수 있도록 장착되는 지지대 및 상기 지지대에 지지되도록 장착되어 각 파우치형 배터리 셀의 가스 포켓부에 피어싱 홀을 형성한 후 진공 흡입을 통하여 상기 가스 포켓부의 가스를 벤팅하는 복수의 벤팅 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 벤팅 모듈 각각은 상기 가스 포켓부의 가스에 대한 벤팅이 완료되면, 상기 피어싱 홀의 주변을 실링하는 것을 특징으로 하는 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 벤팅 모듈은 상기 지지대에 복수의 열로 배치되되, 각 열에 배치되는 복수의 벤팅 모듈은 다른 열에 배치되는 복수의 벤팅 모듈과 교차하여 배치되는 것을 특징으로 하는 디개싱 유닛을 구비한 가압 활성화 장치.
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